비추력Isp

한마디로 말하면

비추력(Specific Impulse, 줄여서 Isp)은 로켓 엔진의 '연비'를 뜻해요. 자동차가 기름 1리터로 몇 킬로미터를 갈 수 있는지 따지는 것처럼, 로켓은 추진제(연료와 산화제)를 조금만 쓰고도 얼마나 오랫동안 힘을 낼 수 있는지를 비추력으로 나타내요. 이 숫자가 클수록 연료를 아껴 쓰는 효율 좋은 엔진이에요.

어떤 원리일까요?

로켓은 연료를 태워 만든 뜨거운 가스를 뒤로 내뿜으며 앞으로 나아가요. 이때 가스를 뒤로 얼마나 빠르게 내뿜느냐가 비추력을 결정해요. 똑같은 양의 연료를 써도 가스를 더 빠른 속도로 뿜어내면 로켓을 밀어주는 힘(추력)이 더 커지거나 더 오래 유지되거든요.

비추력의 단위는 특이하게도 시간 단위인 '초(s)'를 써요. 무게 단위와 힘의 단위를 계산하는 과정에서 복잡함을 줄이기 위해 양쪽을 똑같이 나누다 보니 '초'만 남게 된 것이에요. 예를 들어 비추력이 300초인 엔진은 추진제 1kg으로 1kg을 들어 올리는 힘을 300초(5분) 동안 계속 낼 수 있다는 뜻이에요.

생활 속에서 비유하면

바퀴 달린 의자에 앉아 농구공을 앞으로 던지며 뒤로 밀려나는 놀이를 상상해 보세요. 공 10개를 똑같이 가지고 있을 때, 공을 슬쩍 굴리면 의자가 조금밖에 움직이지 않아요. 하지만 온 힘을 다해 공을 아주 빠르게 던지면 의자가 훨씬 멀리 밀려나지요. 가진 공(추진제)의 개수는 같아도 얼마나 세차게 던지느냐에 따라 결과가 달라지는데, 이때 공을 빠르게 던지는 능력이 바로 높은 비추력이에요.

왜 중요할까요?

우주에는 주유소가 없어서 로켓은 출발할 때 필요한 모든 연료를 직접 싣고 가야 해요. 그래서 발사 직전 로켓 무게의 약 90%가 연료일 정도로 연료가 차지하는 비중이 커요.

만약 비추력이 높은 엔진을 쓰면 연료를 덜 싣고도 같은 궤도까지 갈 수 있어요. 아낀 연료 무게만큼 더 크고 무거운 인공위성이나 우주 탐사 장비를 실을 수 있기 때문에, 전 세계 우주 기업들은 비추력을 단 몇 초라도 더 늘리기 위해 치열하게 엔진을 연구하고 있어요.